论文部分内容阅读
随着科学技术的逐步发展,生产制造业的自动化、智能化水平的逐步提高,工业机器人也得到越来越广泛的应用,同时机器人系统对实时响应、信息处理的要求也不断提高。机器人控制器是机器人的“大脑”,鉴于以工业控制计算机为核心的工业机器人控制器存在硬件资源不能充分利用、体积偏大、成本高等不足,受南京某机电股份公司委托,由南京工程学院自动化学院和东南大学检测技术与自动化装置研究所合作研发以嵌入式处理器为核心的工业机器人控制器。根据导师的安排,本学位论文工作内容为独立负责设计和研制基于EtherCAT的工业机器人控制器通信系统。机器人控制器通信系统在控制系统中组建通信网络,其工作的速度与稳定性决定了机器人性能的优劣,通信系统的设计关乎整个机器人的运作情况。针对控制器通信系统的设计要求,本学位论文设计了基于EtherCAT的工业机器人控制器通信系统,对进一步发展工业机器人控制器,提高国内产品的竞争力,具有积极意义。本文首先对机器人控制器通信系统的通讯总线和实时操作系统进行深入研究,分析课题设计需要,对工业机器人控制器通信系统总体设计进行方案论证,提出基于EtherCAT的工业机器人控制器通信系统。然后提出本系统的硬件方案,明确围绕两个AM335X为核心进行设计,并使用DPRAM进行微处理器间通信,设计了包括DPRAM电路、通信接口电路、网络接口电路、人机交互电路等部分的硬件电路,并完成功能模块电路的焊接、调试以及系统的硬件联调。接着在硬件基础上完成机器人控制器通信系统的软件平台设计,搭建Xenomai/Linux的实时操作系统,构建具有较高实时性和时间精度的底层环境系统软件平台,经测试本操作系统实时任务调度可达us数量级,具有优异的实时性。然后基于EtherCAT工业机器人控制器通信系统的软件平台,进行系统的软件设计,包括DPRAM硬件驱动程序设计、EtherCAT协议栈移植、系统通信协议制定、解释器软件设计以及应用层软件设计等,实现通信系统的基本功能。最后完成通信系统的测试程序设计,按照通信系统与EtherCAT从站的通信和通信系统与示教器的通信分成两个测试方案,测试结果表明本系统不仅实现了控制器通信系统与示教器的稳定通信功能,也圆满达到了通信系统与伺服系统的实时通信性能指标。目前通信系统样机在实验室环境下运行一切正常,待南京某机电股份公司研发完成EtherCAT从站系统后,再与EtherCAT从站和示教器进行应用调试及视调试情况作最后的完善。